浅析干扰引起位移传感器故障的处理方法

1  引言

    南钢中板厂建成于1976年，1986年正式投产，1994年9月增建一架2500mm四辊可逆式轧机，其控制系统由第一重型机械集团公司设计院设计、调试并投入使用，形成三辊劳特式轧机粗轧、四辊轧机精轧的中板生产线，至2002年底已经达到年产量80万吨的规模。产品规格为:5-25×1500-2200×6000-12000mm，最大毛边板长度23m, 主要品种有:普碳板、船板（A级、B级、A32、A36）、容器板、锅炉板、低合金结构板、桥梁板（16Mnq、Q345qC、Q235qC）等。为满足品种开发和提高产品实物质量的要求，2002年12月又对2500mm四辊可逆式轧机的液压压下控制系统（简称液压AGC系统）进行了改造。该控制系统是由东北大学国家重点实验室进行设计、调试并于当年投入使用。改造后的液压AGC系统将会进一步的提高钢板的同板差及异板差，更好地实现钢板的实物质量的提高。

2  液压AGC系统构成

    该系统由2级计算机控制系统组成，其中1级为轧机HAGC（HYDRALIC AUTOMATIONAL GAUGE CONTROL）基础自动化系统;2级为轧机HAGC过程控制系统。轧机AGC过程控制系统的过程计算机采用美国COMPAQ 服务器系统1台，镜像磁盘阵列3＊40GB;过程计算机与基础自动化级PLC通过工业以太网相连，同时连接有2台终端，分别安装在轧机和过程机室各1台，用于过程监视和控制。     轧制区基础自动化的主要功能为AGC和控制轧制;采用西门子S7-400/FM458 PLC及PROFIBUS-DP远程I/O ET200系统。计算机控制系统结构框图如图1所示。该系统所用的顶帽传感器和液压缸位移传感器是采用美国MTS Systems Corporat公司的磁致伸缩数字式绝对位移传感器，具有高精度（分辨率2μm）、耐高温、防护等级高、非接触、无磨损、免标定、SSI接口输出的特点。顶帽传感器用来测量压下丝杠的位移，操作侧（OS）和传动侧（DS）各一个。传感器安装在压下丝杠的顶端，丝杠中心开孔，可直接测量丝杠的静态、动态位移，为非接触式测量。

图1    S7-400/FM458 压下控制系统框图

    每个液压缸安装2个MTS位移传感器，采取外置对角安装，不仅能测量液压缸的位移，而且能够测量液压缸的偏摆，这种外置式安装方法便于检查、维护和更换。本系统采用的德国HYDAC油压传感器，具有精度高输出稳定的特点。液压缸位移传感器是用来作为液压压下系统的位置反馈，如果该位置反馈不准确会直接影响轧钢过程中的摆辊缝，导致辊缝异常直接影响中板轧机的生产。

3  问题及排除方法

3.1 辊缝显示不准     2003年3月25日本厂将操作侧液压缸拉出来更换球面垫，3月26日下午轧机操作工反映辊缝显示不准，存在辊缝跑的现象，经过PLC在线监视及分析，我们发现操作侧液压缸出口MTS位移传感器读数在位移并没有发生变化的情况下开始出现跳变的现象，跳变的典型值是从70突然跳到60，有时能立即跳回去，有时会在该位置稳定一段时间，而且这种跳变没有任何规律，可以发生在轧钢过程中，也可以发生在轧钢间隙，可以发生在咬钢瞬间，也有的是在抛钢瞬间，可以发生在轧机转动的情况下，也可以发生在压下电机运行的时候，这种液压位置的不稳定导致了辊缝的不稳定，严重影响了正常生产，迫使我们不得不停止液压压下系统的使用，只能采取电动轧钢。通过跟踪我们得到了传感器读数的趋势图，如图2所示。我们采取了以下几种方法进行故障排除。

3.2 故障排除     （1） 测量4个液压缸位移传感器时钟信号及数据信号，时钟信号都在直流2.8V左右，交流0.123V左右;数据信号都在直流2.8V左右，交流0.245V左右。由此可以判断PLC时钟及MTS数据位收发脉冲回路均正常。     （2） 检查操作侧出口传感器的安装螺钉，全部完好。说明传感器的安装没有问题。

图2    MTS位移传感器读数趋势图

    （3） 检查传感器的外部电缆，既没有短路现象对地绝缘也极好。检查液压缸接线盒及牌坊顶端子箱内的接线，接线情况较好，并将所有信号线的屏蔽层可靠接地，现象依然。     （4） 将操作侧出口位移传感器更换，新的位移传感器的读数仍然出现随机跳变。     （5） 将操作侧入口与出口位移传感器接线在接线盒内进行对调，发现出口MTS仍然出现随机跳变。说明从牌坊顶端子箱至液压缸接线盒之间的电缆没有问题。     （6） 将操作侧出口位移传感器与传动侧入口位移传感器对调，发现操作侧出口MTS仍然出现随机跳变，入口传感器正常。传动侧传感器也正常。说明MTS位移传感器是好的。     （7） 在PLC柜内将操作侧两位移传感器所接通道进行对调，发现出口MTS仍然出现随机跳变，入口传感器正常。说明模板通道没有问题。     （8） 将操作侧出口MTS传感器从牌坊顶至液压缸接线盒之间专用线更换，发现操作侧出口MTS仍然出现随机跳变，入口传感器正常。再次说明该段电缆没有问题。     （9） 在PLC柜内将操作侧与传动侧位移传感器所接通道进行整体对调，发现操作侧液压缸出口MTS仍然出现随机跳变，其他传感器正常。说明模板没有问题。     （10） 我们仔细分析了每种测试过程及传感器的安装位置，发现操作侧液压缸出口位移传感器所处的环境温度是最恶劣的。因此将操作侧出口传感器通冷却水，正在剧烈跳变的现象马上消失，继续投用液压系统，可过了四五天操作侧出口传感器又开始跳变。     （11） 将FM458及EXM438模板全部换成新模板，操作侧出口MTS仍然出现随机跳变的现象，进一步说明PLC模板没有问题。     （12） 取出一个新的MTS位移传感器将其位置固定住，直接接在轧机牌坊顶的端子接线箱内，系统上电后经过观察，我们发现位置被固定住的传感器，其读数应该保持不变，却随着轧钢的过程发生随机的跳变。于是我们将该传感器拿到PLC电气柜后面直接接入PLC模板通道，经过连续跟踪观察我们发现该传感器的读数纹丝不动，非常稳定，由此我们得出结论:只有从PLC电气柜至轧机牌坊顶的端子接线箱之间的电缆确实有着不可测量的干扰现象存在。

4  处理方法

    将MTS位移传感器的连接电缆全部重新铺设单独桥架，电缆全部更换，盖好桥架盖子，所有屏蔽层可靠接地，完全杜绝干扰信号。事实证明改进措施完成以后，再也没有发生过类似的现象。

5  结束语

    作为一个电气维护人员，我们要不断的学习新的知识，并将之运用到实际工作中去，勇于探索不断实践，才能更好的解决好实际工作中遇到的各种疑难杂症。。安装时，硬件要严格把关，防止硬件埋下隐患，遗留祸根。出现故障后应详细记录，以便防止虚假信号或现象出现，产生麻痹大意的情绪，对真正的故障排查产生影响，只有这样我们才能维护好每一个设备。